Можливість дистанційно відстежувати забезпеченість рослин вологою, водний стрес і доступність вологи — важлива частина управління посівами за допомогою супутникових даних.
Такі інструменти широко використовують у точному землеробстві, лісовому господарстві та для оцінки ризиків стихійних лих.
Їхня роль стає дедалі важливішою через зростання ризику екстремальних погодних явищ і погіршення кліматичних умов для вирощування сільськогосподарських культур у багатьох регіонах світу.
Нижче розглянемо ці індекси на прикладі їх використання на платформі OneSoil.
Три поширені індекси дистанційного зондування — NDMI (Normalized Difference Moisture Index), SMI (Soil Moisture Index) та NDWI (Normalized Difference Water Index) — часто помилково сприймають як взаємозамінні.
Насправді вони працюють за різними принципами, показують різні складові водного режиму в системі ґрунт — рослина і тому потребують різного трактування. Саме так їх зараз розділяє й актуальна довідка OneSoil.
💧 Індекси вологості та вмісту води
Індекс | Що показує | Коли використовувати |
NDMI (Normalized Difference Moisture Index) | Оцінює вміст влоги в рослинах та грунті | Для виявлення водного стресу, посухи та потреби у зрошенні |
SMI (Soil Moisture Index) | Допомагає оцінити відмінності у вологості ґрунту | Для оцінки доступності вологи на ранніх етапах розвитку культури |
NDWI (Normalized Difference Water Index) | Виділяє поверхневу воду та ділянки з надлишком вологи | Для виявлення затоплення, застою води та перезволоження |
🌿 NDMI — індекс, яким ви користуватиметеся найчастіше
NDMI показує вміст вологи в рослинах. Він працює завдяки тому, що волога в тканинах рослин по-різному взаємодіє з ближнім інфрачервоним (NIR) і короткохвильовим інфрачервоним (SWIR) випромінюванням. Різниця між цими спектральними діапазонами допомагає оцінити, наскільки добре рослини забезпечені водою.
Чому це важливо: NDMI може показати водний стрес ще до того, як його стане видно в полі. Рослина може залишатися зеленою, а NDVI — досить високим, хоча тургор уже починає знижуватися. Коли зміни на листках стають помітними неозброєним оком, частина часу для оперативного реагування вже втрачена.
Важливе обмеження: NDMI потрібен достатній рослинний покрив. Якщо посів зріджений або культура перебуває на ранній стадії розвитку й на супутниковому знімку видно багато відкритого ґрунту, його сигнал сильніше впливає на результат. Тому значення NDMI в таких умовах гірше відображають саме стан рослин.
NDMI допомагає аграріям відстежувати забезпеченість культури вологою та бачити, як вона змінюється протягом сезону. Це відповідає загальному призначенню NDMI як індексу вмісту води у рослинності.
Виявлення водного стресу
Зниження NDMI може показати ділянки, де рослинам починає бракувати вологи. Такі зміни можуть з'явитися на супутниковій карті ще до того, як ознаки стресу стануть добре помітними безпосередньо в полі.Покращення зрошення
NDMI допомагає знайти сухіші частини поля та перевірити, як рослини реагують на зрошення або опади. Індекс також може бути корисним для диференційованого зрошення, тобто зрошення зі змінною нормою.Виявлення надлишку вологи
Після сильних опадів незвично високі значення NDMI можуть вказувати на ділянки з надлишком вологи або можливим перезволоженнямТочніший огляд поля та планування збирання
За NDMI можна побачити, які частини поля висихають швидше, а які довше залишаються вологими. Такі ділянки можна перевіряти в полі першими, а також враховувати під час планування польових робіт і збирання врожаю.
Найкориснішу інформацію зазвичай дає порівняння карт NDMI за різні дати, а не аналіз одного окремого знімка.
1. Травень — пшениця на полі з неоднорідними ґрунтовими умовами. Добре видно ділянки, де культурі доступно менше вологи
2. 30 червня — зернова культура наближається до достигання. Частина поля все ще має дуже високий вміст вологи в рослинах. На знімку в природних кольорах цю різницю помітити значно складніше.
3. Після опадів 18 квітня значення NDMI зросли по всьому полю.
Коли NDMI менш корисний?
NDMI стає менш надійним, коли рослинний покрив ще недостатньо густий і супутник бачить значну частину відкритого ґрунту.
NDMI насамперед чутливий до вмісту вологи в рослинності. Тому, коли на супутниковий сигнал сильно впливає відкритий ґрунт, індекс гірше характеризує стан самої культури.
У таких умовах кориснішу інформацію може дати SMI.
Часті запитання про NDMI
Що таке NDMI?
Що таке NDMI?
NDMI (Normalized Difference Moisture Index) — супутниковий індекс для оцінки вмісту вологи в рослинності.
Яка формула NDMI?
Яка формула NDMI?
NDMI використовує особливості відбиття світла листям у двох частинах електромагнітного спектра:
ближній інфрачервоний діапазон — NIR, приблизно 780–860 нм;
короткохвильовий інфрачервоний діапазон — SWIR, приблизно 1550–1750 нм.
Волога в тканинах рослин впливає на поглинання та відбиття випромінювання в цих діапазонах. Завдяки цьому можна оцінювати забезпеченість культури вологою.
NDMI = (NIR − SWIR) / (NIR + SWIR)
Як трактувати NDMI?
Як трактувати NDMI?
Загалом вищі значення NDMI відповідають більшому вмісту вологи в рослинності.
Нижчі значення можуть вказувати на рослини з нижчим вмістом вологи або на розвиток водного стресу.
💧 SMI — особливо корисний на початку сезону
Soil Moisture Index (SMI) використовують для оцінки відмінностей у вологості ґрунту та доступності вологи для рослин.
На відміну від NDMI, який насамперед характеризує вміст вологи в рослинності, SMI у реалізації OneSoil використовує співвідношення відбиття у ближньому інфрачервоному (NIR) та короткохвильовому інфрачервоному (SWIR) діапазонах.
SMI особливо корисний на ранніх стадіях розвитку культури, коли рослини ще невеликі й супутник бачить значну частину поверхні ґрунту.
За допомогою SMI можна:
знаходити сухіші ділянки;
оцінювати зміни після дощу або зрошення;
визначати частини поля, де нестача доступної вологи може обмежувати розвиток культури.
Оскільки SMI розраховується за супутниковими даними з просторовою роздільною здатністю 20 м, його карти можуть виглядати менш деталізованими, ніж карти деяких інших індексів.
Тому SMI краще підходить для пошуку великих зон і загальних закономірностей розподілу вологи, а не дуже дрібних відмінностей усередині поля.
Часті запитання про SMI
Що показує SMI?
Що показує SMI?
SMI допомагає побачити відмінності у зволоженні різних частин поля.
Особливо корисним він може бути там, де рослинного покриву ще мало і поверхня ґрунту сильніше впливає на супутниковий сигнал.
Яка формула SMI?
Яка формула SMI?
Для SMI використовуються два спектральні канали Sentinel-2:
B8A — NIR;
B11 — SWIR.
SMI = (SWIR − NIR) / (SWIR + NIR)
Різниця між відбиттям у ближньому та короткохвильовому інфрачервоному діапазонах допомагає знаходити відмінності, пов'язані зі зволоженням.
Як трактувати SMI?
Як трактувати SMI?
SMI найкраще використовувати для порівняння різних частин одного поля та відстеження змін у часі.
Не варто покладатися на одне універсальне порогове значення для всіх полів і ситуацій.
Яка просторова роздільна здатність SMI?
Яка просторова роздільна здатність SMI?
Канали Sentinel-2 B8A та B11 мають нативну просторову роздільну здатність 20 м. Тому SMI показує менше дрібних деталей, ніж індекси, які використовують 10-метрові канали Sentinel-2. Водночас цього достатньо, щоб визначати більші зони з різними умовами зволоження в межах сільськогосподарського поля.
🌧️ NDWI — відповідає зовсім на інше запитання
Якщо побудувати NDWI для здорового поля пшениці, результат може на перший погляд здатися дивним: значення будуть переважно від'ємними, досить рівномірними та мало змінюватимуться за різного стану посіву.
Це не означає, що індекс працює неправильно.
У OneSoil використовується варіант NDWI за McFeeters, створений насамперед для виявлення відкритої водної поверхні, а не для оцінки стану рослин.
Чому це важливо: якщо на полі виникають проблеми із затопленням після тривалих дощів, танення снігу або інших подій, NDWI допомагає виділити ділянки зі стоячою водою.
Це дає змогу не просто припускати, де можуть бути втрати, а визначати такі зони за супутниковими даними — від одного поля до цілого регіону.
Важливе обмеження: NDWI не є індексом стану посівів. Трактувати його так само, як NDMI або NDVI, — помилка.
У сільському господарстві цей індекс особливо корисний для швидкого виявлення:
води на поверхні поля;
затоплених ділянок;
перезволожених зон;
місць зі стоячою водою або її локальним накопиченням.
5. NDWI для поля, вкритого посівом пшениці.
6. Порівняння NDWI та NDMI на супутниковому знімку, де є поверхнева вода.
NDWI чітко виділяє ділянки, вкриті водою.
На тому самому супутниковому знімку NDMI показує значно більше відмінностей на поверхні суші. Через це за NDMI складніше однозначно відокремити відкриту воду або затоплені ділянки.
Часті запитання про NDWI
Що показує NDWI?
Що показує NDWI?
NDWI використовують насамперед для виявлення поверхневої води:
затоплених ділянок;
стоячої води;
перезволожених зон.
Як розраховується NDWI?
Як розраховується NDWI?
NDWI за McFeeters використовує зелений канал (GREEN) та ближній інфрачервоний канал (NIR):
NDWI = (GREEN − NIR) / (GREEN + NIR)
Як трактувати NDWI?
Як трактувати NDWI?
Загалом вищі додатні значення частіше відповідають водній поверхні, тоді як рослинність і суха поверхня зазвичай мають нижчі або від'ємні значення.
Для чого NDWI використовують у сільському господарстві?
Для чого NDWI використовують у сільському господарстві?
Основні завдання:
виявлення затоплення;
пошук перезволожених ділянок;
виявлення стоячої води;
визначення мокрих зон на полі, особливо після сильних опадів.
Чому NDWI часто має від'ємні значення на полях із культурою?
Чому NDWI часто має від'ємні значення на полях із культурою?
Тому що цей індекс створений насамперед для того, щоб відокремлювати відкриту воду від суші та рослинності.
Тож здоровий посів зовсім не обов'язково повинен мати додатне значення NDWI.
🧑🌾 Чому ця різниця справді важлива
Після дощу показники вологості можуть зрости по всьому полю. Це реакція на погоду.
Якщо вся карта змінилася приблизно однаково, це насамперед говорить про вплив опадів. А от різниця між окремими зонами, яка зберігається на кількох датах, уже може багато розповісти про саме поле.
Якщо дивитися лише на один супутниковий знімок без такого контексту, може здатися, що стан певної частини поля покращився, хоча насправді нічого суттєвого там не змінилося.
А якщо вибрати неправильний індекс для конкретного завдання, ви отримаєте не просто менш точну відповідь — ви можете отримати неправильну відповідь, яка на карті виглядатиме цілком переконливо.
🛰️ Як вони виглядають поруч
Три індекси, кожен із яких відповідає на своє запитання, справді корисні лише тоді, коли їх можна порівнювати між собою. У OneSoil усі три індекси доступні для одного й того самого поля та однієї й тієї самої дати — між ними можна перемикатися одним натисканням. Нещодавно ми також покращили відображення NDMI, SMI та NDWI, тому тепер різницю між ними значно легше побачити.
Наша R&D-команда протестувала оновлення на полях різних типів: на зрошуваних полях Близького Сходу, європейських господарствах і рисових полях Азії.